情報処理学会 インタラクション 2014
IPSJ Interaction 2014

B1-4
2014/2/28

自走式ロボット及び人感センサを用いた独居老人異常検知システムの開発
渡邊 貴大1

新井 イスマイル1

概要：高齢化による独居老人の増加に伴い，日常生活における独居老人の突然の健康異常および転倒などの事故による孤独死が大きな社会問題となっている．そこで，在宅において，独居老人が安心し，安全な生活が行える多くの独居老人の異常検知システムが研究開発されている．部屋にセンサを設置して異常検知を行うシステムでは，発見が迅速に行える代わりに，センサの設置にかかるコストが高くなる．一方で，センサの設置にかかるコストを下げると，発見が迅速に行えない場合が多く，導入が進んでいない．本研
究では，近年普及の進んでいる自走式ロボット（お掃除ロボット）に人感センサ（マイクロ波ドップラーセンサ）を搭載し，心拍・呼吸情報をモニタリングすることで利用者の異常を検知するシステムの開発を目的とする．

The development of abnormality detection system for single-living old
man with a mobile robot and a motion sensor
Watanabe Takahiro1

Arai Ismail1

Abstract: With the increase in the single-living old man, the solitary death in accidents caused by a sudden
illness or a fall down accident become a matter of public concern. In this background, many system which
detect unusual behavior of elderly persons are developed to enable elderly persons to have a safe daily life.
However, in a system which installs sensors in a room and performs unusual detection, the cost concerning
installation of a sensor becomes high instead of the ability to discover quickly. On the other hand, if the cost
concerning installation of a sensor is lowered, it cannot detect unusual behavior of elderly persons quickly
in many cases and such system is not developed well. In this research, a motion sensor (microwave dopplersensor) is carried in a mobile robot (cleaning robot) which spreads in recent years, and it aims at developmentof the system which detects unusual behavior of elderly persons by monitoring cardiac beats and respiratory
information.

1. はじめに研究開発されている．しかし，部屋にセンサを設置して異常検知を行うシステムでは，発見が迅速に行える代わりに，近年，独居老人の増加に伴い，日常生活における独居老センサの設置にかかるコストが高くなる．一方で，センサ人の突然の健康異常および転倒などの事故による孤独死がの設置にかかるコストを下げると，発見が迅速に行えない大きな社会問題となっている．死後数日経過して近隣住民場合が多く，導入が進んでいない．本稿では，近年普及のが異臭に気付き，腐敗した遺体が発見される事例，あと数進んでいる自走式ロボット（お掃除ロボット）を用いて，時間発見が早ければ 助かっていたという事例も数多く報告

センサ自体を移動させるという考えのもと，設置コストとされている．そこで，在宅において，独居老人が安心し，迅速性を実用レベルに高めた独居老人の異常検知システム

安全な生活が行える多くの独居老人の異常検知システムがを提案する．

1

2. 関連研究明石工業高等専門学校電気情報工学科, Department of Electrical and Computer Engineering, Akashi National College ofTechnology© 2014 Information Processing Society of Japan

独居老人の異常検知システムの実用性を高めるために

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は，以下の 2 つの要件を両立することが望まれる．

( 1 ) 迅速性
利用者が異常状態になってから，検知するまでにかかる時間が短いこと( 2 ) 低設置コスト
部屋にセンサを設置する際のコストが低いこと

ム機用モーションセンサ Kinect，小型ノート PC，ジャイロセンサで構成されたロボットの研究・開発のために作られたプラットフォームである．
また，TurtleBot を動かす手法として，Robot Operating

System（ROS）を用いる．ROS とは，Willow Garage 社が開発・無料公開しているロボット用ミドルウェアのことである．ROS を使用する利点は以下の 2 つが挙げられる．

象印マホービンが製品化した「i-pot」 [1] は，ネットワー

・ ROS によるソフトウェア開発手法を覚えるだけで様々ク接続されたポットが使用履歴を，1 日 2 回メールで利用な市販ロボットの制御プログラムを開発できる点者の家族に知らせるシステムである．この製品は，身近で頻繁に使うポットで見守りができ，設置コストが低いが，その反面，異常を検知するまで半日以上かかってしまう．
また，利用者家族が異常と認識しなければ，さらに時間がかかってしまい，迅速性に欠ける．また，長期外泊やたま・ C++，Python など複数の言語をサポートしているので，状況に応じて使用する言語を変えることができる
点
実際，TurtleBot に搭載された PC（TurtleBot PC）とたまポットを利用しなかった時などの誤検知があるため，監視用の PC（Workstation PC）がやり取りすることで，異常を検知するためには，利用者家族が利用者の行動を把キーボードのコマンドに応じて TurtleBot を動かすことや，握している必要があり，利用者家族の負担が大きくなる．

搭載された Kinect で得られた画像の表示，SLAM（Simul-

仙台市では，仮設住宅に一人で暮らす 65 歳以上の高齢

taneous Localization and Mapping）を用いて環境地図を者や重度障害者を孤独死から守る緊急通報サービス [2] が作成することができた．

昨年 9 月 1 日から始まっている．これは，各戸に取り付け

また，マイクロ波ドップラーセンサとは，送信波と周波られた自動通報システムが，トイレを 12 時間以上使って数を比較した場合，対象物の移動速度に比例して受信波のいない状態や，火災，ガス漏れなどを検知すると，警備会周波数がシフトする現象 (ドップラー効果) を利用したセ社や消防に通報するものである．このサービスは，利用者ンサーであり，図 1 のような構成となっている．周波数 fs

家族が利用者の行動を把握している必要がないので，利用のマイクロ波を送信系のパッチアンテナから移動している者家族の負担は小さいが，市区町村レベルの大規模な設備対象物に放射し，反射してきた周波数 fo のマイクロ波をの整備が必要となる．

受信系のパッチアンテナで受信する．そして，これらの信また，鍛冶らの研究 [3] では，部屋に設置した RFID タ
グとタグリーダを用いて，電界強度の変化から転倒状態を号の差分を SBD（ショットキーバリアダイオード）で検波した信号を出力するセンサのことである．

検知している．この研究では，転倒してから検知するまでࣃࢵࢳ࢔ࣥࢸࢼ㻌
㸦㏦ಙ⣔㸧㻌の時間が短く，迅速性が高い．その反面，各部屋に 1 つのRFID タグと複数のタグリーダを設置する必要があり，部屋数の多い家では，設置コストが高くなる．

ㄏ㟁యⓎ᣺ჾ㻌fs㻌

DC +5V㻌

以上より，センサの数を増やせば，より迅速に利用者のfs㻌

異常検知ができるが，設置コストが上がってしまい，それfs㻌

が利用者の負担となってしまう．しかし，センサの数を減IFฟຊ㻌らせば，迅速性が低下し，また誤検知の原因となってしまう．このことから，各部屋に設置するセンサの数を減らし，|fs㸫fo|㻌

fo㻌
fo㻌
SBD㻌
(Schottky㻌Barrier㻌Diode)㻌

ࣃࢵࢳ࢔ࣥࢸࢼ㻌㸦ཷಙ⣔㸧㻌

より迅速かつ正確に利用者の異常検知ができるシステムを開発することが課題となっている．
図 1 マイクロ波ドップラーセンサの構成

3. 提案手法

ドップラーセンサから放射されるマイクロ波を人体に向前章の課題を解決するため，センサ自体を移動させ，部けて放射し，出力信号をローパスフィルタに通すことで，屋に設置するセンサの数を減らすことで，設置コストを下微細な呼吸信号のみを取り出すことができ，図 2 のようなげる手法を提案する．実際には，TurtleBot に搭載されて波形が得られ，移動 (move) ，呼吸 (respire) ，息止め (holdいる様々なセンサに加え，マイクロ波ドップラーセンサをbreath) といった状態の判別が可能となる．

搭載することで，利用者の異常検知を行う．TurtleBot とまた，ドップラーセンサは，周波数の変化から移動体をは，iRobot 社の自走式掃除機 Create，Microsoft 社のゲー検知するため，固定して利用することを想定している．そ© 2014 Information Processing Society of Japan386

こで，TurtleBot が動いたまま検知を行うと，自身の振動が外乱となり，利用者の異常検知ができない可能性がある．
この解決策として，TurtleBot の振る舞いを制御して，一度停止してから検知を行う手法を提案する．効率的な検知を行うために，まず部屋に入ると，部屋の中心に移動し検知を行う．そして，ある一定の角度ずつ回転し，各部屋の異常検知を行う．その後，掃除を行い，別の部屋に移動し，これを繰り返す．
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図 2

呼吸データの例

4. 今後の展望
ROS のプログラム開発及びセンサデータの処理を進め，システムの実装を進めていきたい．また，TurtleBot にはKinect が搭載されているので，画像処理などを用いてシステムの改良を進めていきたい．

参考文献
[1]

象印マホービン：みまもりほっとライン i-pot，http://www.mimamori.net/index.html (参照 2013-11-24)．

[2]

読売新聞：孤独死防止の通報サービス開始…仙台の仮設住宅，http://www.yomiuri.co.jp/feature/eq2011/
information/20120902-OYT8T00302.htm (参照 201311-24)．

[3]

鍛冶良作他 2 名： RFID タグシステムによる閉空間における転倒状態検出法の提案 ，情報処理学会研究報告(2011-UBI-20)，p.73-80，(2008)．

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